朱紹培

中煤第五建設有限公司第三工程處 江蘇 徐州 221000

引言

在科學技術水平大幅度提升的影響下，使得金屬礦床開采的深度逐漸的加深，并且使得深井開采以及深豎井被人們大范圍的加以運用。深井開采通常會與巖體種類，應力以及巖體整體溫度各項參數(shù)密切相關，對于是不是實施深井開采加以分析，借助對勘探，采礦，支護以及針對巖體結構各項參數(shù)，周邊環(huán)境情況，資源開采工作人員等度方面的額因素加以綜合分析，特別是工程地質狀況，開采技術，地壓控制以及礦井通風等各項情況的波動進行全面的分析，制定切實可行的開采技術，這樣才能保證開采工作按部就班的進行。在實施深井開采康山工作的時候，需要全面的結合采礦應力，采礦流程等各項工作，并且還需要實際運輸情況以及礦山開采收益加綜合分析。

1 超深井筒圍巖應力解析研究現(xiàn)狀

在各種外界作用力的共同作用下，最終造成的深度巖體破壞與淺層巖體破壞都存在明顯的差異。因為超深豎井結構周邊巖體結構情況會隨著深度的不斷延續(xù)而逐漸的變化，進而會出現(xiàn)結構損壞的情況，最終會引發(fā)井筒周邊巖體結構受到的壓力會越發(fā)的嚴重，引發(fā)大面積的結構形變或者是巖體危險事故的發(fā)生，并且動力干擾影響會越發(fā)的凸顯。井筒周邊巖體壓力是豎井挖掘工序中都會遇到的問題，也是導致井筒周邊巖體以及井壁支護機構發(fā)生形變的主要根源。針對井筒周邊巖體應力開展的研究工作發(fā)展歷程較長，可以將其劃分為三個不同的時期，即古典壓力理論階段、散體壓力理論和彈塑性壓力理論三個時期。自從上世紀中期開始，國內(nèi)計算豎井井筒壓力工作的開展通常只是利用的海姆公式(HeimA)、郎金(RankineWJM)和金尼克理論，這三種理論對橫向方向的應力計算都是由縱向地應力與側面壓力參數(shù)的乘積來獲得的，縱向應力的結論是由上層巖體容重與結構縱向高度的乘積來確定的，存在差異的是側面系數(shù)的變化以及巖體結構的高度的參數(shù)變化范圍，因為井筒的縱向深度較小，進而往往人們對上述理論通常都會判斷為正確。

2 井筒斷面結構設計

針對垂直井體斷面實施挑選的時候，需要對礦井的使用時長，通風情況需求，地質結構情況以及項目整體花費加以綜合分析?？v向井斷面結構通常都是矩形形式。在前期淺層掩埋豎井的時候，斷面往往采用的是矩形斷面井筒結構，在全面的聯(lián)系井筒結構設置方向之后，在遇到井筒周邊巖體結構作用力較小的時候，設計的矩形井筒斷面縱向軸方向往往會與整個礦體形成垂直的聯(lián)系。如果井筒周邊橫向應力處在較大狀態(tài)的時候，矩形井筒斷面結構長軸方向與最大水平作用力方向會形成平行的狀態(tài)。在縱向井挖掘深度的不斷加大，井筒周邊的額巖體結構載荷能力，極限水平應力都會隨之加大，在矩形井筒斷面拐角處往往會形成高應力集中，最終會導致井筒周邊巖體結構損壞的情況發(fā)生，矩形斷面設計已經(jīng)無法滿足現(xiàn)實的需要，進而矩形豎井斷面結構被人們大范圍的駕馭應用，并取得了良好的成效。就超深豎井來說，其井體周邊巖體結構不但會受到外界結構施加的作用力，并且在井筒最底部在受到各種外界作用力的影響下，會使得井筒在實施挖掘工作的時候，周圍巖體結構需要承擔的應力超出井筒周邊巖體結構強度的時候，會導致井筒結構出現(xiàn)形變的情況，甚至會引發(fā)嚴重的危險事故的發(fā)生。

3 施工關鍵技術難點

3.1 裝備性能要求大幅度提高

（1）井架等鑿井結構工作荷載更大；（2）鑿井提升機靜張力、容繩量、保護系統(tǒng)等性能要求更高；（3）穩(wěn)車懸吊能力要求與控制難度加大；（4）井內(nèi)結構布置要求與提升擺動控制問題更為突出，安全管理要求更高；（5）超深豎井施工通風、排水難度大幅增加；（6）子系統(tǒng)集成難度大、要求高，需要極高的生產(chǎn)組織和現(xiàn)場管控能力。

3.2 地質環(huán)境更加復雜

（1）水壓力增加，治水難度加大地質條件復雜，豎井穿過多個不良巖層段和多個含水層，井深1300米以后，可能有水患威脅施工安全，復雜的工程地質條件和水文地質條件對施工效率帶來較大影響。（2）地溫增加，工作環(huán)境惡化井深1200m以后，圍巖溫度近40℃，1000m以后按2.2℃/百米遞增，施工到2010m時，圍巖溫度將達到50℃以上，將嚴重惡化工作面的熱環(huán)境，必須采取有效的降溫措施。（3）地壓加大，巖爆風險增加大埋深巖土主動壓力增大，圍巖壓力與流塑變形控制更為困難；井筒施工到800米以下時，發(fā)生巖爆的可能性增大，對施工安全造成威脅，增加安全管理難度。（4）井壁支護要求更加嚴格，封水性、韌性、耐腐蝕性要求增加井筒深部井壁在有淋水、涌水、腐蝕的環(huán)境下，井壁混凝土強度等級要求高，混凝土應具有耐腐蝕性能，對混凝土質量控制的要求更加嚴格。（5）井筒裝備保護難度加大，損耗增加地下水為具有腐蝕性的鹽水，易腐蝕皮膚以及鋼絲繩、吊盤等井下鑿井設備設施，不僅造成工作環(huán)境惡化，而且由于修理、更換被腐蝕的鋼絲繩、設備設施等，增加了施工成本和工期。

3.3 施工組織與安全管理更加嚴格

（1）鑿井期間設備配置及井筒斷面布置應提前考慮改絞需求，優(yōu)選最佳方案，使二期工程施工時提升能力最大。（2）超深豎井施工，提絞系統(tǒng)負荷更大、鋼絲繩自由懸垂更高、地下水和巖土的主動壓力顯現(xiàn)更強，對施工組織、技術管理和安全控制提出更高的要求。（3）針對防治水、地溫、巖爆、提升吊掛等突出問題，需繼續(xù)開展研發(fā)工作，一方面驗證已有成果的可行性、可靠性；另一方面通過不斷的優(yōu)化改進，提高施工總體效率。

4 超深豎井施工技術

在豎井挖掘深度逐漸加大的影響下，豎井挖掘工作的困難也會逐漸的加劇，進而導致安全事故發(fā)生的危險因素也在不斷地增加。超深井一次成型技術，巖體挖掘技術等相關技術的切實引用會使得施工工序效率逐漸的提升，進而也會有效的提升施工工作的安全性。

4.1 我國超深豎井建設存在的問題

（1）豎井挖掘工作逐漸深入，危險系數(shù)逐漸提升。深度較小的千米深度豎井挖掘工程的安全保障技術很顯然不能滿足更深豎井的挖掘施工工序的運用，怎樣從根本上提升超深豎井挖掘工作的效率，并且有效的保證施工的安全性，是現(xiàn)如今整個行業(yè)內(nèi)部最為重要的問題。（2）井筒巖體結構爆炸等低壓危險事故的發(fā)生所引發(fā)的危險后果十分的嚴重，并且會對井筒結構的破壞程度有所提升。井筒周邊巖體結構因為會受到橫向結構應力的影響，進而會導致晶體周年巖體結構往往會出現(xiàn)結構爆炸的危險事故，進而會損害到井筒結構的使用時長，進而需要我們深入的針對井筒低壓釋放支護技術實施研究作用是十分巨大的。（3）豎井底部的高溫施工環(huán)境十分惡劣，這樣不但會導致施工工作效率的降低，并且對于施工人員的身心健康也會造成負面影響。在我國豎井信息化施工技術起源較晚，進而并沒有達到較為完善的狀態(tài)，在實際利用過程中還是存在諸多的問題的，進而需要我們充分的結合實際情況來高效的加以解決。（4）就現(xiàn)如今國內(nèi)的一次成井技術實際現(xiàn)狀來看，并沒有達到世界頂級水平，與其他發(fā)達國家相比較顯得十分的滯后。國外深井工程實施一次成井通常涉及到挖掘，支護，安設幾個工序，在井筒結構建造中往往會利用永久井架來實施建造，在實施豎井建造工作的時候，務必要以便施工以便對井筒進行建造，確保豎井結構的建造質量，這樣也可以切實的解決豎井施工懸吊的問題。（5）非懸吊為主的機械研發(fā)工作水平需要不斷的提升?，F(xiàn)如今國內(nèi)豎井結構建造最為常見的就是借助三層吊盤，借助陳舊形式的吊裝模式，利用多種類型的機械設備來順利的完成各項工作。圍繞非懸吊為主的核心軌道式自主驅動技術，為超深豎井結構的建造創(chuàng)造良好的基礎，就現(xiàn)如今國內(nèi)規(guī)模化的深井工程施工工序來說，尤其是對于那些超深豎井工程施工情況來看，需要針對下列問題加以側重關注，首先井筒斷面結構設計務必要養(yǎng)的遵照規(guī)范標準來開展設計工作。其次，結合機械化來更好的提升施工效果和質量。再有充分的結合實際情況來采用適當?shù)姆椒▉黹_展施工工作。

4.2 綜合機械化快速鑿井技術

豎井施工工序包括多種工序，進而會使用到大量的不同類型的施工技術，進而也就加劇了豎井施工工作的復雜性，并且豎井施工具有危險系數(shù)高，通風阻力大的特征。在實際開展豎井工程施工工作的時候最為重要的是需要前期創(chuàng)建良好的安全施工平臺，并且需要切實的對施工機械吊盤加以運用，吊盤可以說是豎井施工工作開展的基礎設備。在豎井工程施工中，井筒內(nèi)實施吊盤的升降操作概率是非常高的，這項操作其實質是借助多個鑿井設備同時收放滾筒上的鋼絲繩來完成吊盤控制工作的。吊盤在升降的時候，整個結構的盤面務必要保證良好的水平狀態(tài)，因為首先井筒結構內(nèi)部空間十分有限，井筒內(nèi)不但需要安設吊盤，并且還會安設諸多的管道線路，吐過吊盤在升降的過程中出現(xiàn)明顯的傾斜勢必會造成吊盤和管道線路或者是懸吊其他的設備出現(xiàn)接觸而使得設備發(fā)生損壞的情況。其次，吊盤上的施工人員，如果吊盤在升降的時候出現(xiàn)傾斜的情況也會對之上的施工人員的人身安全造成一定的威脅，甚至會引發(fā)嚴重的危險事故的發(fā)生。再有，如果吊盤在升降的時候發(fā)生傾斜的情況，極易被井筒鎖住，如果吊車繼續(xù)升降會增加鋼絲繩的阻力，進而會釀成嚴重的危險事故。就井體建造技術來說，其他國家所實施的豎井施工工序通常都是利用一次成井的技術，也就是挖掘，砌墻，安設各個工序十分的連貫，一氣呵成。其他國家深井施工往往所使用的是永久的井架，并且會以吊盤來當做是工作平臺，多層吊盤層數(shù)量達到了十層，吊盤高度達到了一百五十多米，在吊盤的底部的三層往往被利用到巖體挖掘，井體建造之中，上面的各個層次會發(fā)揮出主體結構的作用。在豎井結構建造中，需要對整體結構進行劃分，在實施鑿井操作的時候，在上層的開拓水平引用馬頭門來實施上部結構的開拓，有效地提升結構的穩(wěn)定性，為后續(xù)的各項工作的實施創(chuàng)造良好的基礎。

4.3 提升鋼絲繩

在整個提升系統(tǒng)中，最關鍵的是提升鋼絲繩的選擇。鋼絲繩選擇主要考慮:鋼絲繩結構、質量要求、機械特性和公差。當前，對于深豎井提升而言，有以下幾個問題需要解決:①如何提高深井提升效率；②鋼絲繩的承載能力限制豎井的提升能力；③高效能提升機的技術障礙(800～1000t/h)；④單位提升重量下能量消耗高，比理論計算值高2.2～2.4倍；⑤自動和手動循環(huán)運行模式的復雜性，動力荷載對施工和維修的承重構件，可靠性低；⑥對于安裝大的構筑物所要求的空間、復雜設計，基建工程和運行的復雜性和持續(xù)性，可靠度不高；⑦礦井機房和提升機房的難操縱性和復雜性。

5 結論

這篇文章主要圍繞深井開采以及超深井結構建造的國內(nèi)外實際情況開展全面的分析，針對現(xiàn)如今超深井施工中存在的問題加以研究，并針對性的指出了解決的建議，總結起來集中在下面幾方面：（1）為有效提高井筒斷面利用率，提出矩形井筒斷面形狀設計。（2）針對超深井筒所處的復雜應力條件及其誘發(fā)的高巖爆風險區(qū)域，提出釋能井壁支護結構。（3）系統(tǒng)介紹了多層吊盤施工特點，研發(fā)非懸吊式吊盤的必要性。（4）針對鋼絲繩提升的限制，研發(fā)非鋼絲繩提升系統(tǒng)，解決超深豎井提升難題。